常用垫片材料特性及选用准则
第24卷第8期中国特种设备安全?49? 石油化工生产所用的设备,管道,阀门和仪表, 许多都是采用法兰连接,由于垫片原因而导致泄漏 又是很多工业生产过程中生产装置最为常见的失 效形式.据统计,在石油化工企业非计划维修工作 量有60%～80%是用来维修密封装置的,也就是说石 油化工装置中非计划事故维修工作大部分是由于 泄漏造成的.泄漏不仅造成生产损失,物料流失,能 源浪费,环境污染,而且会造成人员的重大伤亡.因 此,如何合理的选用垫片是使企业能\安全,稳定, 长周期,满负荷,优质\生产的保证. 1常用垫片的种类
垫片的种类很多,主要有非金属垫片,聚四氟 乙烯包覆垫,金属缠绕垫,金属包覆垫,柔性石墨复 合垫,齿形组合垫,金属垫片等等.常用垫片的应用 场合见表1.
表1常用垫片的应用场合 垫片名称应用场合
石棉橡胶垫使用温度一50~C～300~C.最高使用压力为5.OMPa 聚四氟乙烯适用十『『0寸惜蚀,防黏结和要求清清厦向的管遁面封,最 包覆垫高使用温度为150~C,最高使用压力为5.OMPa
柔性石墨复最高使用温度取决于金属芯板材料,低碳钢为450'~C,不 锈钢为650~C(用于氧化性介质时为450~C),最高使用压合垫 力为6.3MPa
使用温度为200~C-500~C,最高使用压力为10.OMPa,需要金属包覆垫 的螺栓力比平面金属垫片小,特别适于高温高压场合
石棉缠i垫:使用温度Oo(O,最高使甩匪力为25-0MPa 柔性石墨缠绕垫:使用温度一196~C～600~C(~氧化介质 缠绕垫为800~C),最高使用压力为25.0MPa
聚四氟乙烯缠绕垫:使用温度一196~C～200~C.最高使用 压力为10.0MPa
主要用于温度或压力波动较大的场合,最高使用压力为齿形组合垫 25.0MPa
密封}生能良好,随着内部压力增高,垫片自密封}生能增 金属环垫强.多用于高温,高压的法兰密封适用于恶劣的条件下 工作,常用八角形的,最高使用温度取决于所用金属材料 2常用垫片材料特性及适用范围 2.1石棉橡胶垫
石棉橡胶垫片耐热性能尚好,有适宜的弹性,在 大多数化学介质中有较好的耐腐蚀性,且制造方便, 价格便宜,是石油化工使用最广泛的非金属平垫. 石棉橡胶垫片的适用范围如图l所示. 图1石棉橡胶垫片适用范围
1)对水,空气,氮气,蒸汽及不属于A,B,C级的 工艺介质管道宜选用厚度为3mm的垫片,使用条件 见图1曲线①.
2)属于B,C级的液体介质管道宜选用厚度为1.5ram 的垫片,使用条件见图1曲线②.
3)属于B,c级气体介质及其他会危及操作人员 人身安全的有毒气体介质管道应选用较薄的垫片并 与PN5.0的法兰配套,使用条件见图1曲线③. 石棉橡胶垫片的缺点:
石棉橡胶垫在使用过程中很容易发生应力松弛 现象,影响它的密封l生能和寿命,因而难以满足现代 ?
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大型石油化工工业中设备的高参数和长周期的要 求.此外由于石棉是人们公认的致癌物,从上世纪 70年代起,世界上不少国家已陆续制订法律将其列 入禁用范围,随着人们对设备密封要求的提高以及 密封技术的发展,石棉橡胶材料已逐步为其他新材 料所代替,使用量正逐渐减少. 2.2聚四氟乙烯包覆垫
聚四氟乙烯包覆垫是一种适合强腐蚀介质和不 允许物料有污染的医药,食品和石油化工行业中需洁 净介质用的非金属软垫片,垫片的压缩率要求大于 20%,回弹率大于30%,应力松弛小于45%,允许泄露 率应不大于1.OxlO{cm3/s;垫片厚度一般为3mm,其中 嵌人层为2mm,纯聚四氟乙烯包覆层厚度为0.5mm. 2.3柔性石墨复合垫
柔性石墨复合垫片是由冲齿的金属芯板与膨 胀石墨粒子复合的板材制成的一种石墨增强垫片, 可作为石棉橡胶垫片与金属缠绕垫片之间的一种 过渡垫片,在某种情况下可代替柔性石墨缠绕垫, 以减少螺栓力,又不改变密封效果,同时亦可作为 无石棉平垫片使用.柔性石墨复合垫片适用于以下 介质:对液体有水,油品,溶剂,酸,碱,液态烃,低温 液化气等;对气体有空气,氢气,油气,高温烟气,蒸 汽,烃类及各种渗透性强的气体等 2.4金属包覆垫
金属包覆垫片是一种半金属垫片,这种垫片的 金属有软钢,不锈钢,铝板和特殊合金等,它兼有金 属和非金属的特性,其密封性能良好,可制成形状 复杂的垫片,广泛用于换热器各部位的密封由于
石棉橡胶板为金属所包覆,不直接与高温介质接 触,在一定程度上提高了垫片的耐温耐压性能.有 了石棉橡胶板作为金属包覆垫的内在充填材料,与 其他金属平垫相比有一定弹性,因而在早期高参数 设备中使用较为普遍 金属包覆垫的缺点:
从密封机理看,它实际上是金属与金属的接触 密封,在这种状态下,要达到良好的密封性就必须 施加相当高的密封比压,而在这样高的比压下,作 为填充材料的石棉橡胶板往往已被压坏而失去作 用,另一方面,在使用过程中,石棉橡胶板的应力松 弛也会导致压紧应力减少而使其丧失密封性,其使用 寿命难以满足现代设备长周期运转的要求.因此,在高 参数重要场合已逐渐为其他性能更好的垫片所取代. 2.5缠绕垫
缠绕垫片是半金属垫片中最理想的一种,垫片 的主体由v型或M型金属带填加不同的软填料用缠 绕机螺旋绕制而成.为加强垫片主体和准确定位, 设有金属制内环和外环(定位环).常用的金属带为 不锈钢,软填料为特制石棉,柔性石墨,聚四氟乙烯, 其中柔性石墨缠绕垫片应用比较广泛.柔性石墨缠 绕垫片具有良好的密封性能,能适应高温高压参数 的要求,其回弹』生也较好,在温度和压力变化的场合 仍能保持较好的密封性(其密封性指数通常可达1× lO%m.). 缠绕垫片的缺点:
由于结构和制造方面的原因,缠绕垫片比较容 易\散架\和\压溃\所谓\散架\包括2种情况:一是 在制造,运输和安装过程中垫片发生散开而损坏.
这是由于缠绕垫片结构上只是通过缠绕互相咬合成 形,使垫片无法形成整体牢固的结构,因而很容易散 开损坏,给垫片的运输和安装造成困难,这种情况尤 以大规格垫片f如换热器设备上的垫片)为甚.二是 缠绕垫片在使用过程中受到很大的压紧力,外层用 以固定的焊点在周向力的作用下很容易发生拉脱损 坏,使整个垫片\散架\最终导致密封失效.由于周 向应力的大小与直径成正比,垫片的规格越大,拉脱 损坏就越易.所谓\压溃\是垫片在使用时受很大的 压紧比压,填充物受压产生的内应力向内径方向作 用于内层钢带,使钢带受到外压力作用.当外压力 超过一定值时,由钢带围成的钢带圈犹如薄壁容器 受过分外压力作用而失去稳定性,局部地方向内凹 陷,使垫片发生损坏,导致密封失效.压紧力越高, 垫片尺寸越大就越容易发生\压溃\从现场调查看,' 不少用于换热设备的缠绕垫片经使用后拆开法兰时 发现垫片已被压\散架\或\压溃\因而泄漏往往就 从这些部位发生 2.6齿形组合垫
齿形组合垫片是一种金属软垫片,密封效果优 于金属平垫,主要用于中,高压力和高温度的压力容 器和管道阀门的密封.齿形组合垫在法兰压紧力下, 不仅被封闭的覆盖层材料高度压缩,而且金属骨架
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产生弹性变形,使之成为具有高弹性的垫片,因而 不仅能适应参数变化的场合而且其使用寿命长,能 长期保持良好的密封性能.
由于齿形组合垫是带金属骨架的整体结构,在
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